Modeling, Simulation and Control of a VTOL drone with Bi-Tilt Rotor structure.

Abstract

[ES] El Trabajo de Final de Grado que aquí se presenta cumple los objetivos de desarrollar un modelo dinámico no lineal de un UAV capaz de volar en dos configuraciones: un vuelo VTOL y un vuelo en Ala Fija, desarrollar un controlador para cada configuración para que sea capaz de navegar y simular una misión de seguimiento de waypoints. Todo el modelo no lineal se fundamenta en las Ecuaciones de Bryan, que son las responsables de describir la mecánica del vuelo de un avión. Por un lado, para llevar a cabo esta implementación, es necesario el conocimiento preciso de las propiedades de masa, inercia, geométricas y aerodinámicas de la aeronave. Esto ha sido posible aplicando métodos semi-empíricos generales de mecánica del vuelo. Aparte, se ha necesitado un modelo del empuje del motor de la aeronave. Toda esta información ha hecho posible la construcción del modelo dinámico mediante la obtención de las fuerzas y los momentos que actúan sobre la aeronave durante el vuelo. Con el modelo dinámico no lineal, se ha desarrollado los algoritmos de control necesarios para alcanzar la estabilidad en vuelo y conseguir la navegación aérea en cada una de las configuraciones de vuelo. De esta forma, el UAV es capaz de llevar a cabo una misión de seguimiento de waypoints diseñada para este proyecto

[EN] This Final Degree’s Work here presented meet with the goals of designing a non-lineal dynamic model for an UAV that is capable of flying in two configurations: a VTOL flight and a Fixed wing flight, develop a controller such that enable for navigation and simulate a waypoint following mission. All the non-lineal model is based on the Bryan’s Equations, that are the responsible for describing the flight mechanic of an aircraft. On the one side, to achieve this implementation, it is necessary the precise knowledge of the mass, inertia, geometric and aerodynamic properties. This has been done using general semiempirical methods from flight mechanics. All this information has enable the development of the dynamic model through the obtaining of forces and moments that act on the aircraft during the flight. With the non-lineal dynamic model, it has been developed the required control algorithms to reach flight stability and aerial navigation in each of the flight configurations. In this way, the UAV is capable of achieving a waypoint following mission designed for this project

[CA] El Treball de Final de Grau que ací es presenta compleix amb els objectius de desenvolupar un model dinàmic no lineal de un UAV capaç de volar en dos configuracions: un vol VTOL i un vol en Ala Fixa, desenvolupar un controlador per a cada configuració per a que siga capaç de navegar i simular una missió de seguiment de waypoints. Tot el model no lineal es fonamenta en les Equacions de Bryan, que són les responsables de descriure la mecànica de vol de un avió. Per un costat, per a poder realitzar aquesta implementació, es necessari el coneixement precís de les propietats de massa, inèrcia, geomètriques y aerodinàmiques de la aeronau. Ha sigut possible aplicant mètodes semi-empírics generals de mecànica de vol. A banda, s’ha necessitat un model de l’espenta del motor de la aeronau. Tota aquesta informació ha fet possible la construcció del model dinàmic amb la obtenció de les forces i els moments que actuen sobre la aeronau durant el vol. Amb el model dinàmic no lineal, s’ha desenvolupat els algoritmes de control necessaris per a arribar a la estabilitat en vol i aconseguir la navegació aèria en cada una de les configuracions de vol. D’aquesta forma, el UAV es capaç de dur a terme una missió de seguiment de waypoints dissenyada per a aquest projecte